CN111170751B - 一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件cvi致密化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料致密化处理技术，具体涉及一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法，以解决现有技术中存在的大壁厚陶瓷基复合材料零件内部不易沉积的问题。采用的技术方案是对零件进行CVI沉积，在沉积过程中，当零件密度达到一定范围时，分别进行以下步骤，包括在零件厚度方向开导流孔，打磨零件表面，钻透导流孔，封堵导流孔等，最终得到的零件密度达标，内部沉积均匀，力学性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料致密化处理技术，具体涉及一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法。
背景技术
陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀、对裂纹不敏感，不发生灾难性毁损等特点，在机械、航空航天、核、能源等领域有着广泛的应用。不同的使用环境，对陶瓷基复合材料的壁厚要求不一，一般的陶瓷基复合材料壁厚为2-4mm，CVI过程较为顺利，内部沉积质量良好，但陶瓷基复合材料壁厚≥6mm时，其内部材料在CVI过程中不易沉积，内部材料沉积不透会造成最终的陶瓷基复合材料零件或产品溏心、分层、力学性能不达标等后果。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的大壁厚陶瓷基复合材料零件内部不易沉积的问题，而提供了一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法。
本发明中所说的大壁厚陶瓷基复合材料零件是指壁厚≥6mm的陶瓷基复合材料零件。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)对陶瓷基复合材料零件进行CVI沉积，待零件密度达到1.55-1.70g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为1-2mm的导流孔，所述导流孔为通孔，导流孔间距为10-25mm，布满零件厚度方向，以便在后续CVI沉积过程中碳化硅能有效沉积到零件材料内部；
2)导流孔开好后，继续对所述零件进行CVI沉积，沉积110-140小时出炉，沉积时间由沉积炉大小及参数决定，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后将步骤1)中的导流孔钻透，保证沉积过程中导流孔通畅；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.80-1.90g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面2-10mm；
4)导流孔封堵后，继续对所述零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对所述零件进行CVI沉积，沉积110-140小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.90-2.0g/cm3。
进一步地，步骤1)在所述零件厚度方向开直径为1.5mm的导流孔，导流孔间距为15-18mm。
进一步地，步骤3)所述碳纤维伸出零件表面3-5mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所提供的用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法能够使零件内部得到有效沉积，零件密度可达到1.9g/cm3以上，符合大壁厚陶瓷基复合材料零件密度要求；
(2)使用本发明提供方法加工的零件，内部密度均匀，力学性能良好。
具体实施方式
以规格为650mm*650mm*20mm的平板零件的CVI致密化过程为例：
实施例1
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.57g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为1mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为10mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.84g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面2mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.95g/cm3。
对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，内部沉积均匀，且力学性能良好。
实施例2
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.59g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为1.5mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为15mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.87g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面3mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.95g/cm3。
对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，内部沉积均匀，且力学性能良好。
实施例3
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.6g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为1.8mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为18mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.83g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面5mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.97g/cm3。
对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，内部沉积均匀，且力学性能良好。
实施例4
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.66g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为1.7mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为20mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.82g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面8mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.94g/cm3。
对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，内部沉积均匀，且力学性能良好。
实施例5
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.70g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为2mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为25mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.86g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面10mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.93g/cm3。
对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，内部沉积均匀，且力学性能良好。
对比例1
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.56g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为0.8mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为10mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.82g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面3mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.93g/cm3。
本对比例步骤1)中导流孔直径不符合本发明提供范围，对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度达标，但内部沉积不均匀，力学性能劣于本发明效果。
对比例2
1)对零件进行CVI沉积，在零件密度达到1.55g/cm3前，采用传统沉积工艺进行制备；待零件密度达到1.6g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，去除零件多余部分，并在零件厚度方向开直径为2mm的导流孔，导流孔为通孔，且导流孔间距为30mm；
2)导流孔开好后，继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后用钻头将步骤1)中的导流孔钻透；
3)重复步骤2)，待零件密度达到1.85g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2)中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90％，轻拉碳纤维不脱落，并保证碳纤维伸出零件表面5mm；
4)导流孔封堵后，继续对零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5)继续对零件进行CVI沉积，沉积120小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6)重复步骤5)，直至零件表面齐平，且零件密度达到1.87g/cm3。
本对比例步骤1)中导流孔间距不符合本发明提供范围，对经过上述方法加工的零件进行检测，零件密度无法达到标准，且内部沉积不均匀，力学性能劣于本发明效果。
Claims (3)
1.一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法，其特征在于，所述大壁厚陶瓷基复合材料零件是指壁厚≥6mm的陶瓷基复合材料零件，包括以下步骤：
1）对陶瓷基复合材料零件进行CVI沉积，待零件密度达到1.55-1.70g/cm3后出炉，对零件进行粗加工，并在零件厚度方向开直径为1-2mm的导流孔，所述导流孔为通孔，导流孔间距为10-25mm，布满零件厚度方向；
2）导流孔开好后，继续对所述零件进行CVI沉积，沉积110-140小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，然后将步骤1）中的导流孔钻透；
3）重复步骤2），待零件密度达到1.80-1.90g/cm3后，使用沉碳后的碳纤维封堵步骤2）中被钻透的导流孔，使导流孔内碳纤维密度≥90%，并保证碳纤维伸出零件表面2-10mm；
4）导流孔封堵后，继续对所述零件进行CVI沉积，沉积至导流孔内碳纤维间隙中填充足量碳化硅后，打磨零件表面纤维与零件表面齐平，采用晶须封堵导流孔；
5）继续对所述零件进行CVI沉积，沉积110-140小时出炉，对零件表面进行打磨，去除零件表面沉积的碳化硅硬质层，且零件表面不露出纤维，同时采用晶须封堵导流孔凹陷位置；
6）重复步骤5），直至零件表面齐平，且零件密度达到1.90-2.0g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法，其特征在于：
步骤1）在所述零件厚度方向开直径为1.5mm的导流孔，导流孔间距为15-18mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于大壁厚陶瓷基复合材料零件CVI致密化方法，其特征在于：
步骤3）所述碳纤维伸出零件表面3-5mm。
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| CN111170751A (zh) | 2020-05-19 |
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Address after: 710117 West Section 912 of Biyuan Road, Xi'an High-tech Zone, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Xinyao Ceramic Composite Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 710117 West Section 912 of Biyuan Road, Xi'an High-tech Zone, Shaanxi Province Patentee before: XI'AN GOLDEN MOUNTAIN CERAMIC COMPOSITES CO.,LTD. Country or region before: China |
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